ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Героторные и героллерные гидромоторы


Героторные гидромоторы

Героторные гидромоторы по своим техническим характеристикам занимают промежуточную нишу между аксиально-поршневыми и радиально-поршневыми гидродвигателями. Они развивают высокий стартовый и стабильный рабочий крутящий момент, обеспечивают постоянную частоту вращения выходного вала.

Особенностью героторных гидромоторов является отсутствие внешней дренажной линии, небольшие габариты и вес, низкая стоимость. Героторные моторы относятся к разновидностям шестеренных гидромашин с внутренним зацеплением, теорию движения которых также разрабатывал Myron Hill.



Рис. 1. Героторная пара

Героторные гидромоторы универсальны, они используются как в открытых, так и в закрытых гидросхемах. Высокий крутящий момент на рабочих режимах, небольшая частота вращения выходного вала позволяют без редуктора применять героторные гидромоторы для прямого привода различных исполнительных механизмов спецтехники и дорожно-строительных машин.

Качающий узел гидромотора состоит из героторной пары (рис. 1). Она представляет собой неподвижную шестерню с внутренними зубьями специального кругового профиля, жестко связанную с корпусом гидравлического мотора, и вращающееся в ней зубчатое колесо с внешними зубьями, которое соединено с выходным валом.

Профиль зуба внутренней шестерни также круговой. Внутренняя шестерня имеет от 4 до 8 зубьев, но всегда на один зуб меньше, чем внешняя. Поэтому внутренняя шестерня установлена относительно центра внешней с эксцентриситетом (смещением).

Внутреннюю шестерню часто называют ротором. В центральной части ротора выполнено внутреннее отверстие, в котором нарезаны шлицы. Они служат для связи ротора с выходным валом гидромотора через промежуточную карданную передачу.

Герметичное соединение зубьев обеих шестерен делит внутренние полости героторной пары на две части. Межзубовые впадины через осевые каналы в корпусе и распределитель сообщаются с нагнетательным и сливным портами гидромотора.

При подаче потока рабочей жидкости в нагнетательную полость ротор (внутренняя шестерня) за счет эксцентриситета начинает обкатываться по неподвижной шестерне.

Ввиду разности количества зубьев на одну единицу скорость относительного скольжения в героторной паре весьма мала, что обеспечивает плавную работу гидромотора и длительный срок его службы.

Центр ротора вращается относительно центра внешней (неподвижной) шестерни по круговой орбитальной траектории. Поэтому в международной терминологии такие гидромоторы получили название орбитальных. Их также нередко называют планетарными.



Рис. 2. Положения ротора за период полного оборота на 360°

На рис. 2 покадрово показаны положения ротора за период полного оборота на 360°. Для ориентира один зуб ротора отмечен буквой β, а впадина внешней неподвижной шестерни – как Ω. При начале вращения точки β и Ω контактируют друг с другом, а после полного оборота опять встречаются.

При вращении шестерен рабочая жидкость заполняет образующиеся межзубовые впадины в нагнетающей полости, а в сливной зацепляющиеся зубья выдавливают ее из гидромотора. Рабочая жидкость, воздействуя на зубья ротора в нагнетающей полости, создает крутящий момент.

Величина крутящего момента определяется активной площадью зубьев в нагнетающей полости и развиваемым давлением. Активная площадь зубьев постоянна, а давление рабочей жидкости меняется в зависимости от величины действующей внешней нагрузки на вал гидравлического мотора.

Основными параметрами гидромотора являются величина рабочего объема и максимальное давление, на работу с которым он рассчитан. Рабочий объем – это такое количество рабочей жидкости, которое мотор потребляет при полном обороте (360°) выходного вала.

Рабочий объем измеряется в единицах сантиметр кубический на оборот [см3/об] или просто сантиметр кубический [см3], а давление – в Мегапаскалях [МПа] или в барах [бар]. В зависимости от рабочего объема и давления определяется частота вращения выходного вала и крутящий момент, развиваемый гидромотором.

Героторная пара реверсивна. При изменении направления потоков рабочей жидкости ротор (а следовательно, и выходной вал гидромотора) вращается в противоположную сторону.

Поскольку ось ротора вращается по круговой орбитальной траектории, то ее движение передается на выходной вал с помощью карданной передачи. Карданный вал связывает внутреннюю поверхность ротора с аналогичной поверхностью выходного вала посредством шлицевого зацепления.

Шлицы карданного вала (в осевой плоскости) имеют форму сегмента. Они обкатываются по осевым впадинам шлицов ротора и выходного вала, передавая под небольшим углом вращательное движение и крутящий момент. На выходном валу героторного гидравлического мотора выполнен вращающийся распределительный узел (часто это одна деталь).

Он направляет рабочую жидкость от входного порта (от насоса) в нагнетательную полость героторной пары и из ее сливной полости – в выходной порт (т.е. в трубопровод, связанный с гидробаком машины).



Рис. 3. Устройство героторного мотора

a – выходной вал; b – распределитель; c – карданный вал; d – качающий узел (героторная пара)

От распределителя до героторной пары и обратно рабочая жидкость поступает по осевым каналам, выполненным в корпусе гидромотора. Принципиальная схема устройства героторного гидромотора показана на рис. 3.



Рис. 4. Героторные гидромоторы с 4- и 6-зубчатым ротором

1 – корпус; 2 – выходной/распределительный вал; 3 – карданный вал; 4 – внешняя шестерня героторной пары; 5 – ротор

На рис. 4 показаны принципиальные схемы устройства героторных моторов с 4- и 6-зубчатым ротором. На рисунке виден один из осевых каналов в корпусе гидромотора, который соединяет распределитель, выполненный на выходном валу, с героторной парой.

Героллерные гидромоторы

Разновидностью героторных моторов являются героллерные гидромашины. Героллерные гидромоторы характеризуются тем, что в качающем узле вместо круговых зубьев во внешней неподвижной шестерне установлены ролики.



Рис. 5. Устройство героллерного мотора

a – выходной вал; b – карданный вал; c – качающий (героллерный) узел; d – вал управления распределителем; e – обратные клапаны; f – распределитель

Ротор своими круговыми зубьями обкатывается по роликам неподвижной шестерни. Принципиальная схема устройства героллерного гидравлического мотора показана на рис.5.

Ролики в героллерном узле уменьшают трение, тем самым минимизируя гидромеханические потери. Их использование повышает пусковые характеристики гидромотора.



Рис. 6. Героллерные моторы с 6- и 8-зубчатым ротором

С 6-зубчатым ротором: 1 – корпус мотора; 2 – выходной/распределительный вал; 3 – карданный вал; 4 – внешняя шестерня героллерного качающего узла; 5 – ротор; 6 – ролики. С 8-зубчатым ротором: 1 – передняя часть корпуса; 2 – выходной вал; 3 – карданный вал; 4 – внешняя шестерня героллерного качающего узла; 5 – ролики; 6 – ротор; 7 – распределительный диск карданного шарнира; 8 – распределительный диск; 9 – задняя часть корпуса

Героллерные гидромоторы более эффективно работают в тяжелых условиях эксплуатации: при повышенных давлениях, маловязких рабочих жидкостях, частых реверсах, высоких внешних нагрузках, действующих на выходной вал.

На рис. 6 показаны принципиальные схемы устройства героллерных гидравлических моторов с 6- и 8-зубчатым ротором. Героллерные моторы, с 8-зубчатым ротором имеют карданную передачу от распределителя до качающего узла.

Это техническое решение используется в героллерных моторах повышенной мощности, создающих высокий крутящий момент. На рис. 8 изображен такой гидромотор в разрезе. Основные показатели типов героторных и героллерных гидромоторов приведены в таблице.

Показатели героторных и героллерных гидромоторов

Как видно из таблицы, семейство героторных моторов можно классифицировать по трем классам: легкие – героторные; средние – героллерные; тяжелые – героллерные с карданным распределителем. Однако следует отметить, что героторные моторы для высоких давлений – свыше 18,0 МПа (180 бар) – пока еще не созданы.

Героторные и героллерные гидромоторы получили широкое распространение в строительно-дорожных, коммунальных, сельскохозяйственных и других машинах, работающих на низких и средних давлениях.

Благодаря их компактности и характеристикам они часто используются в моторколесах, приводах рабочих органов, в особенности коммунальных и дорожных машин, лебедках, транспортерах. Эти гидромоторы легко встраиваются в редукторы.



Рис. 7. Редуктор поворота платформы мини-экскаватора с героллерным мотором

На рис. 7 в качестве примера показан планетарный редуктор поворота платформы мини-экскаватора с героллерным мотором. Героторные и героллерные гидравлические моторы выпускаются в различных исполнениях для многообразных видов спецтехники.

Они могут включать в себя дополнительные опции: стояночные тормоза нормально замкнутые или нормально разомкнутые, содержать внешние дренажные линии для гидравлической разгрузки и случаев, когда моторы в гидросхеме соединены последовательно и т.п. Все особенности героторных моторов изготовители обычно указывают в своих каталогах.